[发明专利]一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料的多级喷淋淬火工艺，特别涉及一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，属于有色金属材料热处理技术领域，特别是铝合金热处理技术领域。

背景技术

随着现代飞机对材料性能要求的不断提高，飞机的结构设计越来越趋向于采用大型高精度整体结构件，需要低残余应力的时效硬化型高性能铝合金材料。所谓时效硬化型铝合金，需要在高温固溶热处理后淬火至室温形成过饱和固溶体，再经时效处理，使得过饱和固溶体分解，析出时效强化相，形成高强度铝合金。然而，在淬火过程中不可避免地在材料内部引入淬火残余应力。淬火冷却速度越快，淬火残余应力越大，影响材料的后续切削加工精度和实际应用。材料截面厚度增加，要求更高的淬火冷却速度，残余应力问题愈发突出。同时实现时效硬化型铝合金材料有效淬透和低残余应力是工业生产过程中急需解决的问题。

目前消减时效硬化型铝合金淬火残余应力的主要方法为时效法和机械法。时效法是指通过自然时效和人工时效使工件反复经历缓慢的温度变化使工件内部的残余应力得以自然释放。机械法包括锻件的模压冷变形和板材的预拉伸，从外界施加力使之产生少量塑性变形释放材料内部的残余应力。事实上，利用上述方法消除残余应力的效果与淬火过程产生的残余应力大小密切相关，淬火残余应力越大，经消减处理后的最终残余应力也越大。目前的方法局限于淬火完成后对残余应力进行消减，而未对淬火残余应力的形成过程进行有效调控，浸没式或单级喷淋淬火都容易产生高的淬火残余应力，以至于残余应力消减效果常常不能满足应用要求。另外，目前铝合金材料淬火方面的发展主要在于利用单级喷淋淬火代替浸没式淬火，以提高合金材料淬火均匀性，尚未涉及将喷淋淬火多级化以降低残余应力的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足而提供一种既能保证时效硬化型铝合金材料淬透又能有效减小淬火残余应力的时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，是将时效硬化型铝合金材料在固溶温度保温后，依次连续进行三级冷却；

第一级冷却：由固溶保温温度冷却至材料表面温度为200-250℃，材料表面冷却速度至少达到40℃/s；

第二级冷却：材料表面温度由200-250℃冷却至材料表面温度为20-100℃,材料表面冷却速度为10～20℃/s；

第三级冷却：材料在空气中自然冷却至室温。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，三级冷却中，第一级与第二级冷却采用喷淋冷却，冷却介质为水。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，第一级喷淋工艺参数为：水流密度：100-150Lm^-2s^-1，喷水压强：300-500kPa，冷却时间：5-10s；

第二级喷淋工艺参数为：水流密度：25-60Lm^-2s^-1，喷水压强：5-25kPa，冷却时间：5-10s。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，第一级喷淋工艺参数为：水流密度：120-150Lm^-2s^-1，喷水压强：350-500kPa，冷却时间：5-9s；

第二级喷淋工艺参数为：水流密度：30-60Lm^-2s^-1，喷水压强：10-25kPa，冷却时间：5-9s。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，第一级喷淋工艺参数为：水流密度：130-150Lm^-2s^-1，喷水压强：400-500kPa，冷却时间：5-7s；

第二级喷淋工艺参数为：水流密度：35-60Lm^-2s^-1，喷水压强：15-25kPa，冷却时间：5-7s。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，所述铝合金材料的厚度为60-200mm。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，所述时效硬化型铝合金选自Al-Zn-Mg-Cu铝合金或Al-Cu-Mg铝合金。

本发明一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺，所述Al-Zn-Mg-Cu铝合金包括下述组分，按质量百分比组成：

Zn   6.0-8.0

Mg   1.5-2.7